KR100565459B1 - 생물막을 이용한 침지형 막여과 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물막과 막분리에 의한 정수처리 시스템에 관한 것으로, 특히 침지형 막여과조의 막 모듈 역세시 발생하는 부유물질을 제거하고, 막여과를 장시간 운전시 반응조내에 발생되는 농축수의 배수 없이 생물막 반응조와 연계해서 연속적으로 운전하는 시스템을 제공하는 것을 특징으로 하는 생물막과 막분리를 이용한 정수처리 시스템에 관한 것으로,

폴리스티렌이 충진된 여재가 적층되며, 스트레이나를 통과한 원수에서 유기물, 탁도와 암모니아성 질소등의 일부를 제거하는 생물막 반응조와; 외압식 전량여과방식으로 여러 모듈을 반응조에 침적시켜 저압펌프로 흡입하여 막여과수를 생산하며, 원수에 포함된 현탁물질, 유기물질, 균류와 금속염 등을 분리하기 위한 막여과 반응조와; 상기 생물막 반응조에 부착 성장하는 미생물들에 필요한 산소를 공급하고 또한 막여과 반응조에 공급하는 산기장치 및 송풍기와; 고탁도시 원수를 곧바로 침지형 막여과 반응조로 바이패스 시키는 바이패스 라인과; 상기 막여과 반응조 수량의 10 - 20% 정도의 물을 월류시켜 전처리 공정인 생물막 여과조로 반송시키기 위한 반송라인을 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

생물막 반응조, 막여과 반응조, 중공사막, 막모듈

Description

생물막을 이용한 침지형 막여과 시스템{A Digesting Membrane Filting System Using a Biological Membrane}

도 1은 본 발명의 전체 구성도.

도 2는 본 발명의 침지형 막여과 반응조의 상세 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 스트레이나 20: 생물막 반응조

30: 침지형 막여과 반응조 40: 저류조

50: 약품탱크 60: 송풍기

70: 온라인 탁도계 80: 입자분석장치

본 발명은 생물막과 막분리에 의한 정수처리(수돗물 생산) 시스템에 관한 것으로, 특히 막여과조의 막 모듈 역세시 발생하는 부유물질을 제거하고, 막여과를 장시간 운전시 반응조내에 발생되는 농축수를 별도 배수 및 처리 없이 생물막 반응조와 연계해서 연속적으로 운전하는 시스템을 제공하는 것을 특징으로 하는 생물막 과 막분리를 이용한 정수처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전여과방식은 원수를 중공사막 모듈에 통과시키고 원수 중에 함유된 오염물질이 중공사막에 의해 여과되는 방식이다. 전여과방식에서는 중공사막에 축적되는 오염물질이 문제가 되므로 중공사막에 의해 여과되어 막 표면에 부착되는 오염물질들을 역세시 것이 필요하며, 이를 위해 공기세정과 역세시 이용하여 역세시 방식을 사용한다.

한편, 정수처리에 있어서 막여과 시스템의 운전모드는 여과시간 20 - 30분 역세시 약 1 - 2분간의 역세시 시간을 가짐으로써 막 역세시(막힘) 현상을 방지하고 막 수명을 연장시킬 수 있는바, 역세시 시간동안 역세시 (약) 2역세시/L을 역세시 주입시켜 수세정과 공기세정을 동시에 실시하여, 막 표면에 붙어있는 오염물질을 효과적으로 역세시 수 있도록 한다.

그러나, 공기세정과 역세시 의해 중공사막으로부터 역세시 오염물질들은 대부분 유동성이 큰 역세시 침전되기가 용이하지 않으므로 역세시 오염물질들을 제거하기가 용이하지 않다.

또한, 장기간 역세시 막으로 역세시 생산할 때 반응조 내에 농축수가 발생하여 일정한 간격으로 배수시켜 별도로 처리과정을 거쳐야 하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 정수처리 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결코자 하는 것으로,
막 여과 반응조내에서 역세척에 따른 침전성이 불량한 부유물질과 농축수가 발생하지 않도록 하기 위해 막 여과수량의 10 - 20% 정도를 월류시켜 전처리 공정인 생물막 여과조로 반송시키도록 함으로써 계속적인 정수처리 작업이 이루어지는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 원수에 함유되어 있는 협잡물을 제거시키기 위한 스트레이나와; 폴리스티렌이 충진된 여재가 적층되며, 상기 스트레이나를 통과한 원수에서 유기물, 탁도와 암모니아성 질소등의 일부를 제거하는 생물막 반응조와; 외압식 전량여과방식으로 여러 모듈을 반응조에 침적시켜 저압펌프로 흡입하여 막여과수를 생산하며, 상기 생물막 반응조를 통과한 원수에 포함된 현탁물질, 유기물질, 균류와, 금속염 등을 분리하기 위한 막여과 반응조와; 상기 생물막 반응조에 부착 성장하는 미생물들에 필요한 산소를 공급하고 또한 막여과 반응조에 막 모듈 역세시 막 파올링을 방지하기 위해 공기를 공급하는 산기장치 및 송풍기와; 고탁도시 원수를 곧바로 침지형 막여과 반응조로 바이패스 시키는 바이패스 라인과; 상기 막여과 반응조 수량의 10 - 20% 정도의 물을 월류시켜 전처리 공정인 생물막 여과조로 반송시키기 위한 반송라인과; 상기 막여과 반응조의 분리막을 통과한 물을 임시 저장하는 저류조와; 상기 막여과조의 막 모듈 역세시 역세수에 막세정 약품을 주입하기 위해 약품을 저장하고 공급하는 약품탱크로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 막여과 반응조와 저류조 사이에는 온라인 탁도계와 온라인 입자 측정기를 더 설치하여 이루어지는 것이 특징이다.

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이하, 본 발명의 바람직한 역세시 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 역세시 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 주요구성을 나타내고, 도 2는 본 발명의 침지용 여과막을 상세하게 도시하고 있는바, 본 발명의 구성을 살펴보면,
본 발명은 크게 스트레이나(10)와, 생물막 반응조(20), 침지형 막여과 반응조(30), 저류조(40)와, 약품탱크(50) 및 송풍기(60)로 이루어지고, 이들을 연결하는 라인은, 스트레이나(10)와 생물막 반응조(20)를 연결하는 라인(11)과, 생물막 반응조(20)와 침지형 막여과 반응조(30)을 연결하는 라인(12)과, 침지형 막여과 반응조(30)와 저류조(40)를 연결하는 라인(13)과, 저류조를 역세하는 라인(14)과, 약품탱크(50)를 펌핑하는 라인(15)으로 이루어진다.
또한, 상기 라인 이외에 원수를 곧바로 침지형 막여과 반응조(30)로 바이패스하는 바이패스 라인(16)과, 침지형 막여과 반응조(30)의 물을 생물막 반응조(20)로 보내는 반송라인(17)과, 송풍기(60)로부터 전달되는 산소를 생물막 반응조(20)와 침지형 여과막 반응조(30)로 보내는 송풍라인(18)을 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 스트레이나(10)는 원수에 함유되어 있는 협잡물을 제거시키기 위한 것으로, 주로 부피가 큰 이물질을 걸러내는 역할을 한다.
상기 생물막 반응조(20)는 폴리스티렌이 충진된 여재가 적층되며, 상기 스트레이나(10)를 통과한 원수에서 유기물, 탁도와 암모니아성 질소등의 일부를 제거하는 역할을 한다.
상기 침지형 막여과 반응조(30)는 외압식 전량여과방식으로 여러 모듈을 반응조에 침적시켜 저압펌프로 흡입하여 막여과수를 생산하며, 상기 생물막 반응조(20)를 통과한 원수에 포함된 현탁물질, 유기물질, 균류와, 금속염 등을 분리하는 역할을 한다.
상기 송풍기(60)는 상기 생물막 반응조(20)에 부착 성장하는 미생물들에 필요한 산소를 공급하고 또한 막여과 반응조(30)에 막 모듈 역세시 막 파올링을 방지하기 위해 공기를 공급하는 역할을 한다.
상기 저류조(40)는 상기 막여과 반응조(30)의 분리막(31)을 통과한 물을 임시 저장과 막 모듈 역세시 생산된 막여과수를 역세수로 사용하는 역할을 한다.
상기 약품탱크(50)는 상기 막여과 반응조(30)의 막 모듈 역세시 역세수에 막세정 약품을 주입하기 위해 약품을 저장하고 공급하는 역할을 한다.
상기 바이패스 라인(16)은 고탁도시 원수를 곧바로 침지형 막여과 반응조(30)로 바이패스 시키는 역할을 한다.
상기 반송라인(17)은 상기 막여과 반응조 수량의 10 - 20% 정도의 물을 월류시켜 전처리 공정인 생물막 여과조(20)로 반송시키는 역할을 한다.
본 발명의 가장 큰 특징은 원수유입의 중단없이 연속적으로 침지형 막여과 반응조(30)의 운전이 가능토록 하는 것이다.
이를 위해 생물막 여과수를 연속적으로 유입시켜 막 모듈 역세시 막 표면으로 부터 탈리되어 침전성이 불량한 부유물질(탁도범위 20 - 40NTU)들은 반응조 상부로 월류 되면서 생물막 반응조(20)로 이송시키도록 하였다.
본 발명에서와 같은 방식을 채택하면 막여과 반응조(30)에서는 원수를 연속적으로 유입시킴에 따라 역세시 발생하는 침전성이 불량한 부유물질들은 생물막 반응조(20)에서 제거되고 반응조 내에서 농축수가 발생되지 않게 된다.
이때 중공사막(31)에서 탈리되는 것은 부유물질이므로 생물막 반응조(20)에 유입되더라도 생물막의 막힘현상은 일어나지 않는다.
또한, 우기시 고탁도(탁도범위 50 - 1,000NTU) 유입에 따른 생물막의 막힘현상을 방지하기 위해 유입 탁도가 50NTU 이상시에는 원수를 생물막 반응조(20)로 보내지 않고 곧바로 바이패스 라인(16)을 통해 침지형 막여과 반응조(30)로 통과시켜 운전할 수 있도록 하였다.
그리고, 막의 파손과 처리수 상태를 모니터링하기 위해 온라인 탁도계(70)와 입자분석장치(80)를 설치하여 연속적으로 수질을 감시할 수 있도록 하였다. 만약 막이 파손되면 원수중에 막 기공(Pore size. 구멍크기)보다 큰 물질, 즉 2 - 20um 정도의 수인성 전염 장기생충(크리스토포리디움, 지아디아)들이 빠져 나갈 수 있기 때문이며, 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 온라인 입자분석장치(80)를 설치하고, 상기 온라인 입자분석장치(80)를 이용하여 연속적으로 모니터링 할 수 있도록 함으로써 수질검사가 정확하게 이루어지도록 하였다.
이하에서 본 발명의 핵심구성요소인 생물막 반응조(20)와 침지형 막여과 반응조(30)에 대해서 설명하기로 한다.
(1) 생물막 반응조
본 발명의 생물막 반응조(20)는 물의 흐름 방향을 상향류 또는 하향류로 설계할 수 있다.
상기 생물막 반응조(20)는 침지형 막여과 반응조(30)의 전처리 공정으로 생물막 반응조(20)의 여재(21)는 재질이 가벼운 발포 폴리스테린(Expanded Poly Styrene)을 충진하였으며, 여재(EPS)에 부착 성장 하는 미생물들에 필요한 산소를 공급하기 위해 반응조 하단부에 산기관을 설치하고, 송풍기를 통해 산소가 공급되도록 하였다.
그리고, 생물막 반응조(20)에 충진되는 여재(21)는 가벼운 재질로써 여재자체에서 유해물질 또는 인체에 영향을 주는 물질이 추출되어 나오지 않는 것으로 한다.
생물막 반응조(20)는 기존의 접촉여재(다공질 여재, 모래, 입상활성탄, 안트라사이트 등) 보다 재질이 가벼워 반응조 하단에서 산기관(61)을 통해 공기를 불어 넣어주면 상부로 상승할 수 있기 때문에 상부에는 여재(21)가 반응조 밖으로 빠져 나가지 않도록 지지대 또는 그물망을 설치하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 기존 생물막 공정은 일정한 시간이 경과하면 여재 표면에 미생물이 과다 성장하여 스스로 탈리되거나, 인위적으로 물이나 공기를 이용하여 세척하여야 하나, 본 발명에서는 평상시 공기 주입량보다 약 1.5 - 2배 높게 주입 시키도록 하여, 여재와 여재 사이의 충돌을 일으켜 여재 표면에 붙어 있는 생물막이 탈리되고 곧바로 반응조 하부로 떨어지게 하였다.
또한, 하부에 떨어져 모인 탈리 슬러지들은 하부의 슬러지 배출구를 통해 제거시킬 수 있다.
(2) 침지형 막여과 반응조
분리막은 일반적으로 여러 물질이 혼성된 다성분계 물질로부터 특정물질을 분리하는데 사용되는바, 정수처리 공정에서 분리막은 원수에 포함되어 있는 현탁물질, 유기물질, 균류, 금속염 등을 분리하여 수질을 향상시키는 역할을 한다.
분리막의 종류는 여러 가지가 있는데, 특히 본 발명에 적용되는 중공사막(31)은 다른 막과 달리 단위면적당 생산수량이 많기 때문에 정수처리에 많이 사용한다.
중공사막(31)은 빨대와 같이 중간에 구멍이 있고 표면에 미세구멍이 형성되어 있는 실을 의미하며, 정수처리 시스템에서 수종의 오염물질을 여과하여 제거하는데 사용한다.
본 발명에 적용되는 침지형 방식은 막모듈(32)을 반응조(30)에 침적시켜 여과하는 방식으로서 장치가 간단하여 막모듈(32)의 교환도 용이한 이점이 있으며, 과거에는 고압 조건하에서의 운전이 불가능한 경우에는 높은 투과수량(Flux)의 운전으로는 한계가 있지만, 최근에는 케이싱 수납방식과 비슷한 투과수량으로 운전이 가능하다.
침지형 막은 대개의 경우, 막공(Membrane Pore)크기로 분류하였을 때, 정밀 여과막 혹은 한외 여과막에 해당되며, 기존 정수장의 침전지나 모래 여과지를 개량하여 침지형 막을 적용할 수 있다.
본 시스템의 침지형 여과막 반응조는 외압식 전량여과 방식으로 여러 모듈을 반응조에 침적시켜 저압펌프로 흡입(Suction)하여 막 여과수를 생산한다.

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상술한 바와 같이 본 발명은 막여과수량의 10 - 20% 정도를 월류시켜 전처리 공정인 생물막 여과조로 반송시키기 때문에 막여과조 내에서 막 모듈 역세시 막표면으로부터 탈리되어 침전성이 불량한 부유물질과 농축수가 발생하지 않는 효과를 제공한다.
즉, 본 발명에서와 같은 방식을 채택하면 막여과 반응조에서는 원수를 연속적으로 유입시킴에 따라 역세시 발생하는 침전성이 불량한 부유물질들은 생물막에서 제거되고 반응조 내에서 농축수가 발생되지 않게 되는 것이다.
또한, 이때 중공사막에서 탈리되는 것은 부유물질이므로 생물막에 유입되더라도 생물막의 막힘현상은 일어나지 않는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형은 포함한 것으로 판단할 수 있다.

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Claims (2)

1. 원수에 함유되어 있는 협잡물을 제거시키기 위한 스트레이나와;

   폴리스티렌이 충진된 여재가 적층되며, 상기 스트레이나를 통과한 원수에서 유기물과 탁도와 암모니아성 질소등의 일부를 제거하는 생물막 반응조와;

   외압식 전량여과방식으로 여러 모듈을 반응조에 침적시켜 저압펌프로 흡입하여 막여과수를 생산하며, 상기 생물막 반응조를 통과한 원수에 포함된 현탁물질, 유기물질, 균류와, 금속염 등을 분리하기 위한 막여과 반응조와;

   상기 생물막 반응조에 부착 성정하는 미생물들에 필요한 산소를 공급하고 또한 막여과 반응조에 막 모듈 역세시 막 파올링을 방지하기 위해 공기를 공급하는 산기장치 및 송풍기와;

   고탁도시 원수를 곧바로 침지형 막여과 반응조로 바이패스 시키는 바이패스 라인과;

   상기 막여과 반응조 수량의 10 - 20% 정도의 물을 월류시켜 전처리 공정인 생물막 여과조로 반송시키기 위한 반송라인과;

   상기 막여과 반응조의 분리막을 통과한 물을 임시저장하는 저류조와;

   상기 막여과조의 막 모듈 역세시 역세수에 막세정 약품을 주입하기 위해 약품을 저장하고 공급하는 약품탱크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생물막을 이용한 침지형 막여과 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 막여과 반응조와 저류조 사이에는 온라인 탁도계와 온라인 입자 측정기를 더 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생물막을 이용한 침지형 막여과 시스템.

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